二氧化碳压缩机碳环密封损坏原因分析及改造措施

行原因分，并采取相应改造措施,保障压缩机安全稳定运行。关键词：二氧化碳压缩机碳环密封密封气1概述中海石油华鹤煤化有限公司尿素装置二氧化

碳压缩机，采用沈阳鼓风机集团有限公司制造的

硫水解塔（总硫含量COS+H2S不咼于5 mg/m3）、水 器、 ， 高压缸三段压缩， 四级 轮压缩后的气，以压力8.05MPa、 196.5\"排出缸 器 分器分

离心式压缩机,设计参数如表1所示。机组主要由 汽轮机、低压缸（2MCL527）、变速机、高压缸

（2BCL356A）及辅助系统组成。压缩机分为四段十

三级，低压缸轴端密封采用迷宫密封,高压缸轴端

，再经高压缸四段压缩 \" 二 级 轮 压 缩 的 气 ， 压 14.4 MPa、123.3 \"排出缸体，气 分为 ，一路作为

三段 ， 尿素为 气。

如 1所示。密封采用干气碳环密封。汽轮机为抽汽注汽凝汽

式，压缩机与汽轮机、变速机之间均用膜片联轴器

联接。装置于2015年4月 ， 2017

年8月高压缸轴端碳环密封 气压力高和气 题，造成轴承箱排烟气中带油严，

迫使机组

项目入 口流量/（m3-h-1）。表1二氧化碳压缩机设计参数第一段第二段第三段第四段29 57029 57029 57029 570入口压力/MPa入口温度/\"出口压力/MPa0.1300.55402.57.97658.05196.5125726014.41 二氧化碳压缩机E06101/02/03/07—水冷器；S06101/02/03/04—分离

0.58143.38 7802.59192.4器&C06101—拨基硫水解塔&C06102—脱硫塔； R06101—脱氢塔出口温度/\"123.3转速/ (r*min-1)高压缸轴端采用干气碳环密封，为了平衡高

二氧化碳气以流量（标准状态）29 570o3/h、温

压端 低压端密封 气压 ， 高压端 气

密 封 压

低 压 端度30 \"、压 0.1MPa 压缩机一段， 三级 轮压缩 排 缸 ， 器 分 器分

二段压缩， 四级 轮压缩 气体，以压力2.59 MPa、 192.4 \"排出缸体。气体器 分 器分 分成 ，收稿日期：2019-04-27 ；收到修改稿日期：2019-09-11 o作者简介:尹雪超，男，1990年1月出生，本科学历，助理工程 师，2015年7月毕业于安阳工学院机电专业，现在

化工集团中原大化公司电仪部工作。联系电话：18239351051 ；E-mail：

为 气 段 J431445232@qq.com。第6期尹雪超等.二氧化碳压缩机碳环密封损坏原因分析及改造措施397口，使进入两端碳环密封的气体压力一致。泄漏气 经三道碳环密封节流减压后进入集气室，轴两端

密封气集气室通过平衡管连接。从集气室泄漏的

气体经一道碳环密圭寸节流降压进入排放室，此时

压力降至10kPa左右。大部分泄漏气通过排放管 排出缸体，微量的气体经外碳环密封节流降压后

泄漏至轴承箱。为避免碳环密封受润滑油污染,在

建立机组润滑油运行前，泄漏气平衡管需要提前

充0.10 MPa的密圭寸隔离氮气,用来保护碳环避免 润滑油污染密封装置。机组启动完毕后，随着缸体

泄漏气量的 大 出密封隔离氮气 ， 密封气

体泄漏气提 。 在碳环密封排气室 部排

，用 查是否有液体进入密封。如图2示。图2轴端碳环密封流程PG1—高压缸两端密封泄漏气平衡管压力表；PG2—密 封泄漏气外排压力表2碳环密封工作原理碳环密封

、 、辅的 ，

压 气体

微量泄漏 ，如在

隔离气体隔离的前提泄漏 ， 端 机 密封 油 环密封

气密封 。碳 环 密 封

环 密 封 气 体 流 密封 ， 密封气体在 动碳环 轴 气 ，流降压 ，

压气体流 压外 。动 碳 环 量 ， 轴 动 时 在 环轴

的气

环 。

动碳环 在 ，在

时

气膜力 ， 力 使 动 碳 环 使 减 。 减到一 时

的浮力

环量

，动碳环 动 平衡 。 机组动时 ， 机组轴端气体压力

， 动碳环 轴的气

， 碳环 的动 平衡 ， 碳环在 的 量 用 ，的 伏。机组 稳 后，浮动碳环通过自调整，新恢复

的 动平衡⑴。正常工 情况下，碳环 轴端基 处于

非接触状态。碳环设计五道，分为高压区（三道）压区（二道），如图3所示。压区与低压区 环

计有集气室，通过管道使轴两端气室 连， 使高压端的泄漏气通过平衡管流

压端，使体两端泄漏气压力保持一致。在压区计气

体排放室，排放室

体顶部的排放管道相连，通过排放管将泄漏的气体排放至大气，避免气体

窜入轴承箱。在排放室部计排 口，用于开 车前查是否有液体渗入到密封内，防液体污

染碳环。图3密封内部结构在密圭寸体外部设计有三道“0”型氟胶密圭寸圈， 密圭寸圈压机轴端密圭寸室的腔壁密合，防气

体结合外漏（图4）。离压侧“o'低压侧“O” 型密封圈放室气I口改造后集 —气室排气口■ ■图4密封外部结构3故障发生经过从2015年4月17日二氧化碳机组试运行以 来， 装置运行周期的延长，压 两端密封泄

漏气平衡管压力从0.2 MPa 渐上升到0.7 MPa，

密封泄漏气外排压力从20 kPa上升 80 kPa，因

泄漏气过大，机组

持在85%左右运行。着

398密封气泄漏量的增大，轴承箱排烟气量增大，并伴 有润滑油带出。造成润滑油损耗较大，平均每月油

箱补油170 kg。因密封故障，经济效益造成严重损

失，为了控制密封气泄漏量，在高压缸两端密封泄 漏气平衡管压力表根部接临时排气泄压管线，通

过卸压降低平衡管压力至0.25 MPa,密封泄漏气

外排压力降至30kPa，有效的控制了轴承箱中的窜 气量，油烟带油量明显下降，机组负荷提升至95%

左右运行。机组运行至2017年8月26日，利用装置短 ，对高压缸轴端 密封装置行 ，

出密封

：①

密封第二组、第三组碳环破损；②转子轴与环密 有 ；#密封装置高压与低压区浮环

的气排气 ，孔开在环 ；$环 气'部 有

。4碳环破损原因分析根 机组运行 的运行 密封的

， 造成压 轴端 密封损破裂以及泄漏气平衡管压力高、窜气泄漏量大的

原因有下因。4.1密封气密封气有两

， 外

的低压气，二缸泄漏气。压 密封气为用，在组润滑油 用， 润滑油

密封碳环。机组 ，

出密封氮气，密封气 组缸 泄漏气气。碳环密封 气

高， 机组 运行气管 ， 机组 管线 行了 ， 因

气管线 有 装置， 缸， 管

的随气 密封体造成碳环卡涩，使碳环浮动不灵活、偏心

破损。4.2

密封密封装置的液体主要有两个方面，一是

受润滑油 ，二是压机带。在密封隔气压 力不足或轴承挡油环故障，

润滑油轴承箱油位过高，排凝口排放不畅时会造成密封受润滑油

。压缩机带液，主

控制偏高 除泡效果差，造成

缸后泄漏气进入密封。 密封后，使碳环

I迟缓， 温度升高而损坏密封。2019年第42卷4.3机组振动大二氧化机组从试车运行至今，开、停车达30

多次，每次、 临界转速时，转子振 突升高，最高时接近跳联锁值。、 程中负荷变化幅大、机组喘振等破坏环与转子

平

中心。环抗振性能 好，但泄漏气压力极速变化时，碳环因浮力不稳定而出现跳动， 当转子振动过大

环跳动产生中偏差时，：环与转子将产生碰撞而损坏。4.4安装程损密封在安装程中保护不到位或安装方式不

正确，安装 有对密封 、外 环做理，造成环卡涩浮动不灵活，使碳环与转子碰撞受损。因碳环的主成石墨材质（TA4+

KC6709 '在安装过程保护不到，使碳环与轴径凸 台碰撞破损而引起泄漏量增大。4.5

“0”型氟胶圈破裂在密封安装时中心对中不好，转子没有处

在密封腔中心置。安装时用力大，使“0”型氟

胶密封环与腔 挤压破裂，造成气体沿缸与密封体间隙泄漏。4.6密封

问题环强 不够，碳环主要是石墨材质，当强度

不够时 抗压力冲击性差，碳环 破。密封 不 或与缸、转子 隙大，造成气体沿间隙泄漏。5改造措施1） 重 密封装置设计，调整集气室排放口 置， 并 大 气 排放 ， 降低 气 平 管压力，排气

为长条，如图4所示。2） 在密封气管线上增 ， 从氮气管带来的 。3） 在密封气管线阀后增三通，用于控 制集气室压力。在泄漏气增大时，把平衡管气体引外放空，降低气压力。4） 提高密封隔 气压力至0.13MP-，停车 后及时用隔 气，并 排凝阀 。5） 制定机组负荷稳定

， 机组 压力、泄漏气平管压力、泄漏气排放压力严 控。控

制

，

50%降至10%， 气带液，排

除泡 。6） 保障装置 稳定运行，

机组 、第6期尹雪超等.二氧化碳压缩机碳环密封损坏原因分析及改造措施399次数，负荷调整时做到平稳避免大幅度调整。计机组密封装置，轴端密封泄漏气压力降到正常

设计参数，轴承箱排气量得到了改善，烟气带油现

6改造效果通过改造密封气管线、优化操作方法、重新设

象消失。目前,机组已连续满负荷运行一年多,密

封装置运行平稳，参数正常，如表2所示。MPa密封泄漏气平衡管压力表2改造前、后运行参数对比

转速/三段三段四段四段密封泄漏气外排压力(r-min-1 &设计参数入口压力出口压力入口压力出口压力8 7808 5558 4808 4508 4978 42.52.5

8.057.87.5

7.977.857.477.614.414.213.814.10.130.2

52080运行初期故障末期泄漏气改造后2015-05-012017-01-242017-08-252.42.52.5

0.70.257.67.9

302017-09-062019-04-257.857.9

14.314.30.130.13662.557.987结束语密封 作 压 机

能保障整个装置“安、稳、长、满、优”运行。一， 运行参考文献[1]黄钟岳，王晓放，王巍.透平式压缩机[M],第2版.北京:到机组能否安全长周期稳定生产，彳

常操作 时， 、

， 做到操作、故 排，平稳、

化学工业出版社,2013:131-132.CAUSE ANALYSIS AND MEASURES FOR DAMAGE OF CARBON RING

SEAL OF CO\" COMPRESSOR SHAFT ENDYin Xuechao{Zhongyuan Dahua Group Company，Puyang 457000)Yin Hongwei(CNOOC Huahe Coal Chemical Co.，Ltd.，Hegang 154100)Abstract: Leakage happened at the shaft end carbon ring seal in CO2 compressor， causing the high

pressure of leakage gas，which caused the gas to enter into the bearing box，and the exhausted gas entrained

with oil. Analyzing the failure of seal，we took corresponding reformation measures to keep the compressor in safe and stable operation.Key words: CO2 compressor ； carbon ring seal ； sealing gas合成气直接制烯；中试装置取得重大进展近日，东华工程科技股份有限公司总承包的上海睿碳合成气直接制烯＞(FTO)中试装置项目三维模 型60%设计审查会顺利进行，标志着该项目完成了工程设计阶段的最重要里程碑节点$据介绍，该中试装置建设规模为5000t/a,FT0中试装置为国内原创技术研发项目，建设中试装置主

要为验证合成气直接制烯＞技术与催化剂的研发成果，同时为工业化应用推广进行技术准备和数据积 累。FTO技术不同于传统制备路线，除了乙烯和丙烯 ，所得烯＞几乎皆为附加值更高的高碳直链！-

烯＞，异构烯$•本刊•